半波偶极子天线设计

1微波技术与天线实验报告姓名张思洋学号411109060103实验日期2014.04.23实验名称半波偶极子天线设计实验类型设计型实验目的1、熟悉并掌握半波偶极子天线的操作步骤及工作流程。2、掌握基本天线的具体设计方法和优化分析。实验内容使用HFSS进行半波偶极子天线的设计实现，通过创建设计模型，进行求解设置，设置求解频率为3GHz，输入阻抗为73.2Ω，同时添加2.5-3.5GHz的扫频设置，分析天线在2.5-3.5GHz频段内的回波损耗和电压驻波比，并运行仿真计算。将谐振频率落在3GHz频点上。最后进行相关的数据后处理。要求方向性好，增益强（3dB以上），尽可能宽带工作。实验原理半波偶极子天线是结构简单的一种基本线天线，也是经典的，至今为止使用最为广泛的天线之一，本实验的半波偶极子天线是工作在3GHz，使用同轴电缆进行馈电。天线的基本参数：天线沿z轴放置，中心位于坐标原点，材质使用理想导体。总长度为0.48λ，半径为λ/200，天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线距离为λ/4。当发射信号频率在3MHz偏移6%时，分析此时天线的增益的变化。并解释其原因。假如该天线与50欧姆扁平电缆连接时，如何解决会出现的阻抗不匹配的问题。查看天线个参数指标，指出天线的极化方式。讨论天线的应用场合及改进措施。实验步骤及结果一、新建HFSS工程1.新建一个名为banbo.hfss的工程文件。2.将求解类型设置为DrivenModel。二：创建半波偶极子天线模型1.设置长度单位为mm2.添加变量La3.创建天线的一个臂将天线的臂命名为yuanzhu，并设置天线的材料为pec，透明度为0.6，位置用La2进行表示。4.创建天线的另一个臂将第一个臂进行复制，即可生成第二个臂。Edit--Duplicate--AroundAxis，Axis选择X，Angel输入180，这样即可生成天线的第二个臂。35.创建集总端口在两个圆柱的中间设置一个长方形贴片，名字为jizong，透明度设置为0.8，长方形各项参数用La进行表示。6.设置端口激励将长方形贴片设置为激励端口，半波偶极子的输入阻抗为73.2Ω。4设置完成后，点击NewLine，在矩形面的下边缘处移动鼠标指针，单击确定下边缘的中点位置，沿Z轴向上移动鼠标指针，单击确定上边缘的中点位置。完成设置。7.设置辐射边界在天线外面设置一个圆柱腔作为天线的辐射边界。将圆柱的名字命名为qiang，材质设置为air，透明度0.9，其他坐标用La进行表示。设置完成后进行辐射边界的设置，选中圆柱体后右键选择AssignBoundary--Radiation。三：求解设置将求解频率设置为3GHz，最大迭代次数为20，收敛误差为0.02。将扫频类型设置为Fast，类型为LinearStep，起始频率为2.5GHz，终止频率为3.5GHz，步进为0.1GHz。5四、设计检查检查设计的正确性，正确无误后进行下一项。五、查看天线的谐振点将Analysis进行分析，然后生成天线的谐振点图：从图中可以看出，当频率为3.0GHz时，S11的值最小，为-24.07dB。6六、查看天线的各项性能1.查看S11的史密斯圆图。从圆图中可以看出，在3.0GHz时，天线的归一化阻值为0.8905+0.0449i。2.查看天线的电压驻波比。从图中可以看出，当频率为2.7GHz-3.3GHz之间，电压驻波比小于2.73.查看E场的增益图。在Radiation节点设置E平面。设置完成后查看E方向的增益图：此图为电场的切面图。84.查看三维增益方向图：和上面操作一样进行设置：操作完成后，生成3D增益方向图：从此图可以看出增益最大为z轴方向，值为2.44dB。96.查看天线的其他参数：从图中可以得到最大电压值为0.14，峰值增益为1.75等一些天线参数。实验结果分析通过仿真软件对半波偶极子设计仿真，得到符合要求的半波偶极子天线。通过仿真得到了天线的回波损耗、电压驻波比、3D方向增益图等参数。从结果可以看出，当工作波长为100mm时，半波偶极子的谐振点在3GHz。10及总结教师评语实验成绩教师签字：